JP2016215288A - 研磨装置、及び、研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク電流の変化が小さい場合でもトルク電流の変化を良好に検出し、研磨終点検出の精度を向上させる。【解決手段】研磨装置１００は、研磨テーブル１２を回転駆動する第１の電動モータ１４と、半導体ウエハ１８を保持するトップリング２０を回転駆動する第２の電動モータ２２とを有する。第１の電動モータ１４は、３相の巻線を備える。研磨装置１００は、３相の電流を検出する電流検出部２４と、電流検出部２４によって検出された３相の電流検出値を整流し、整流された信号を加算して出力する整流演算部２８と、整流演算部２８の出力の変化に基づいて、半導体ウエハ１８の表面の研磨終了を示す研磨終点を検出する終点検出部２９とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、研磨装置、及び、研磨方法に関するものである。

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。そこで、研磨対象物である半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の一手段として研磨装置により研磨（ポリッシング）することが行われている。

研磨装置は、研磨対象物を研磨するための研磨パッドを保持するための研磨テーブルと、研磨対象物を保持して研磨パッドに押圧するためにトップリングを備える。研磨テーブルとトップリングはそれぞれ、駆動部（例えばモータ）によって回転駆動される。研磨剤を含む液体（スラリー）を研磨パッド上に流し、そこにトップリングに保持された研磨対象物を押し当てることにより、研磨対象物は研磨される。

研磨装置では、研磨対象物の研磨が不十分であると、回路間の絶縁がとれず、ショートするおそれが生じ、また、過研磨となった場合は、配線の断面積が減ることによる抵抗値の上昇、又は配線自体が完全に除去され、回路自体が形成されないなどの問題が生じる。このため、研磨装置では、最適な研磨終点を検出することが求められる。

研磨終点検出手段の１つとして、研磨が異材質の物質へ移行した際の研磨摩擦力の変化を検出する方法が知られている。研磨対象物である半導体ウエハは、半導体、導体、絶縁体の異なる材質からなる積層構造を有しており、異材質層間で摩擦係数が異なる。このため、研磨が異材質層へ移行することによって生じる研磨摩擦力の変化を検出する方法である。この方法によれば、研磨が異材質層に達した時が研磨の終点となる。

また、研磨装置は、研磨対象物の研磨表面が平坦ではない状態から平坦になった際の研磨摩擦力の変化を検出することにより、研磨終点を検出することもできる。
ここで、研磨対象物を研磨する際に生じる研磨摩擦力は、駆動部の駆動負荷として現れる。例えば、駆動部が電動モータの場合には、駆動負荷（トルク）はモータに流れる電流として測定することができる。このため、モータ電流（トルク電流）を電流センサで検出し、検出したモータ電流の変化に基づいて研磨の終点を検出することができる。

特開２００１−１９８８１３号

しかしながら、研磨装置によって実行される研磨プロセスには、研磨対象物の種類、研磨パッドの種類、研磨砥液（スラリー）の種類などの組み合わせによって複数の研磨条件が存在する。これら複数の研磨条件の中には、駆動部の駆動負荷に変化が生じてもトルク電流の変化（特徴点）が大きく現れない場合がある。トルク電流の変化が小さい場合、ノイズや、波形に生じるうねり部分の影響を受け、研磨の終点を適切に検出することができないおそれがあり、過研磨などの問題が生じ得る。

そこで、本発明の一形態は、トルク電流の変化が小さい場合でも、トルク電流の変化を
良好に検出し、研磨終点検出の精度を向上させることを課題とする。

本願発明の研磨装置の第１の形態によれば、研磨対象物の表面を研磨するための研磨装置であって、研磨パッドを保持するための研磨テーブルを回転駆動する第１の電動モータと、前記研磨対象物を保持して前記研磨パッドへ押圧するための保持部を回転駆動する第２の電動モータとを有し、前記第１及び第２の電動モータのうち少なくとも一方の電動モータは、複数相の巻線を備え、前記研磨装置は、前記第１及び／又は第２の電動モータのうちの少なくとも２相の電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された少なくとも２相の電流検出値を整流し、整流された信号に対して加算及び／又は乗算を行って出力する整流演算部と、前記整流演算部の出力の変化に基づいて、前記研磨対象物の表面の研磨終了を示す研磨終点を検出する終点検出部とを有する研磨装置が提供される。

かかる形態によれば、複数相の駆動電流を整流して加算する場合、以下の効果がある。すなわち、１相の駆動電流のみを検出する場合、検出される電流値が、本形態に比べて小さい。本形態により、整流と加算により電流値が大きくなるため、検出精度が向上する。

また、ACサーボモータなどの１個のモータ内に複数相を有するモータは、各相の電流を個別に管理せずに、モータの回転速度を管理しているため、相間で電流値がばらついていることがある。そのため従来は、電流値が他の相に比べて小さい相の電流値を検出している可能性があり、電流値の大きな相を利用できない可能性があった。本形態によれば、複数相の駆動電流を加算しているため、電流値の大きな相を利用できるため、検出精度が向上する。

さらに、複数相の駆動電流を整流して加算しているため、１相の駆動電流のみを用いている場合と比較して、リップルが小さくなる。このため、検出された交流電流を、終点の判断に用いるために、直流電流に変換する実効値変換によって得られる直流電流のリップルも少なくなり、終点検出精度が向上する。

加算する電流は、第１の電動モータの少なくとも１相と、第２の電動モータの少なくとも１相であってもよい。これにより、一方のモータの電流値のみを利用する場合よりも、信号値を大きくすることができる。

複数相の駆動電流を整流して、得られた信号に対して乗算する場合、乗算して得られた値のレンジを、後段の処理回路の入力レンジに合わせることができるという効果がある。また、特定の相（例えば、ノイズが、他の相と比較して少ない相）の信号のみを大きく、または小さくできる（例えば、ノイズが、他の相と比較して大きい場合）という効果がある。

加算と乗算の両方を行うこともできる。この場合、上述の加算の効果と乗算の効果の両方を得ることができる。乗算する数値（乗数）は、相ごとに変えてもよい。加算した結果が、後段の処理回路の入力レンジを超える場合等は、乗数は１より小さくする。

なお、整流は半波整流及び全波整流のいずれでもよいが、振幅が大きくなり、かつリップルが減少するため、半波整流よりも全波整流が好ましい。
本願発明の第２の形態によれば、第１の形態において、前記終点検出部は、前記整流演算部の出力を増幅する増幅部と、前記整流演算部の出力に含まれるノイズを除去するノイズ除去部と、前記整流演算部の出力から所定量を減算する減算部のうち、少なくとも１つを有する。

増幅により、トルク電流の変化を大きくすることができる。ノイズを除去することにより、ノイズに埋もれている電流の変化を顕在化させることができる。
減算部は以下の効果を有する。検出される電流は通常、摩擦力の変化にともなって変化する電流部分と、摩擦力が変化しても変化しない一定量の電流部分（バイアス）を含む。このバイアスを除去することにより、摩擦力の変化に依存する電流部分のみを取り出して、信号処理可能な範囲内で最大の振幅まで増幅することが可能になり、摩擦力の変化から終点を検出する終点検出法の精度が向上する。

なお、増幅部、減算部、ノイズ除去部のうちの複数を有する場合、これらは、縦続接続する。例えば、増幅部とノイズ除去部を有する場合、増幅部で最初に処理した後に、処理結果をノイズ除去部に送り、ノイズ除去部で処理する、もしくは、ノイズ除去部で最初に処理を行い、その処理結果を増幅部に送って処理を行う。

本願発明の第３の形態によれば、第２の形態において、前記終点検出部は、前記増幅部と前記減算部と前記ノイズ除去部とを有し、前記増幅部で増幅された信号を前記減算部で減算し、該減算された信号から前記ノイズ除去部でノイズを除去する。かかる形態によれば、増幅後の振幅の大きな信号に対して、減算及びノイズ除去を行っているため、精度良く、減算及びノイズ除去が行える。結果として、終点検出精度が向上する。

なお、増幅、減算、ノイズ除去は、この順番に行うことが好ましいが、この順番に必ずしも行う必要はない。例えば、ノイズ除去、減算、増幅の順番でも可能である。
本願発明の第４の形態によれば、第３の形態において、前記終点検出部では、前記ノイズ除去部でノイズを除去された信号をさらに増幅する第２の増幅部を有する。かかる形態によれば、ノイズ除去によって減少した電流の大きさを回復することができ、終点検出法の精度が向上する。

本願発明の第５の形態によれば、形態２において、前記終点検出部は、前記増幅部と、前記増幅部の増幅特性を制御する制御部とを有する。かかる形態によれば、研磨対象物の材質や構造等に応じて、最適な増幅特性（増幅率や周波数特性等）を選択することができる。

本願発明の第６の形態によれば、形態２において、前記終点検出部は、前記ノイズ除去部と、前記ノイズ除去部のノイズ除去特性を制御する制御部とを有する。かかる形態によれば、研磨対象物の材質や構造等に応じて、最適なノイズ除去特性（信号の通過帯域や減衰量等）を選択することができる。

本願発明の第７の形態によれば、形態２において、前記終点検出部は、前記減算部と、前記減算部の減算特性を制御する制御部とを有する。かかる形態によれば、研磨対象物の材質や構造等に応じて、最適な減算特性（減算量や周波数特性等）を選択することができる。

本願発明の第８の形態によれば、形態４に記載の研磨装置において、前記終点検出部は、前記第２の増幅部の増幅特性を制御する制御部を有する。かかる形態によれば、研磨対象物の材質や構造等に応じて、最適な第２の増幅特性（増幅率や周波数特性等）を選択することができる。

本願発明の研磨装置の第９の形態によれば、研磨方法が提供される。この研磨方法は、研磨パッドを保持するための研磨テーブルを回転駆動する第１の電動モータと、研磨対象物を保持して前記研磨パッドへ押圧するための保持部を回転駆動する第２の電動モータと
を有し、前記第１及び第２の電動モータのうち少なくとも一方の電動モータは、複数相の巻線を有する研磨装置を用いた、前記研磨対象物の表面を研磨する研磨方法である。該方法は、前記第１及び／又は第２の電動モータのうちの少なくとも２相の電流を検出する電流検出ステップと、前記検出された少なくとも２相の電流検出値を整流し、整流された信号に対して加算及び／又は乗算を行って出力する整流演算ステップと、前記整流演算ステップの出力の変化に基づいて、前記研磨対象物の表面の研磨終了を示す研磨終点を検出する終点検出ステップとを有する。かかる形態によれば、第１の形態と同様の効果を達成できる。

本願発明の第１０の形態によれば、形態９において、前記終点検出ステップは、前記整流演算ステップの出力を増幅する増幅ステップと、前記整流演算ステップの出力に含まれるノイズを除去するノイズ除去ステップと、前記整流演算ステップの出力から所定量を減算する減算ステップのうち、少なくとも１つを有する。かかる形態によれば、第２の形態と同様の効果を達成できる。

本願発明の研磨装置の第１１の形態によれば、形態９に記載の研磨方法において、前記終点検出ステップでは、前記増幅ステップにおいて増幅された信号に対して、前記減算ステップにおいて所定量の減算を行い、該減算された信号から前記ノイズ除去ステップにおいてノイズを除去する。かかる形態によれば、第３の形態と同様の効果を達成できる。

本願発明の研磨装置の第１２の形態によれば、形態１１において、前記終点検出ステップは、前記ノイズ除去ステップでノイズを除去された信号をさらに増幅する第２の増幅ステップをさらに有する。かかる形態によれば、第４の形態と同様の効果を達成できる。

図１は、本実施形態に係る研磨装置の基本構成を示す図である。 図２は、終点検出部２６の詳細を示すブロック図である。 図３は、終点検出部２６による信号処理の内容を示すグラフである。 図４は、終点検出部２６による信号処理の内容を示すグラフである。 図５は、比較例の終点検出法を示すブロック図及びグラフである。 図６（ａ）は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａを示すグラフであり、図６（ｂ）は、本実施例の実効値変換器４８の出力４８ａを示すグラフである。 図７は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａと、実施例の実効値変換器４８の出力４８ａを示すグラフである。 図８は、比較例の出力５６ａの変化量７０と、本実施例の出力４８ａの変化量６８の、半導体ウエハ１８に加わる圧力に対する変化を示すグラフである。 図９は、増幅部４０、オフセット部４２、フィルタ４４、第２の増幅部４６の設定の一例を示す。 図１０は、制御部５０による各部の制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る研磨装置を図面に基づいて説明する。始めに、研磨装置の基本構成について説明し、その後、研磨対象物の研磨終点の検出について説明する。
図１は、本実施形態に係る研磨装置１００の基本構成を示す図である。研磨装置１００は、研磨パッド１０を上面に取付け可能な研磨テーブル１２と、研磨テーブル１２を回転駆動する第１の電動モータ１４と、半導体ウエハ（研磨対象物）１８を保持可能なトップリング（保持部）２０と、トップリング２０を回転駆動する第２の電動モータ２２と、を備えている。

トップリング２０は、図示しない保持装置により、研磨テーブル１２に近づけたり遠ざけたりすることができるようになっている。半導体ウエハ１８を研磨するときは、トップリング２０を研磨テーブル１２に近づけることにより、トップリング２０に保持された半導体ウエハ１８を、研磨テーブル１２に取り付けられた研磨パッド１０に当接させる。

半導体ウエハ１８を研磨するときは、研磨テーブル１２が回転駆動された状態で、トップリング２０に保持された半導体ウエハ１８が研磨パッド１０に押圧される。また、トップリング２０は、第２の電動モータ２２によって、研磨テーブル１２の回転軸１３とは偏心した軸線２１の回りに回転駆動される。半導体ウエハ１８を研磨する際は、研磨材を含む研磨砥液が、図示しない研磨材供給装置から研磨パッド１０の上面に供給される。トップリング２０にセットされた半導体ウエハ１８は、トップリング２０が第２の電動モータ２２によって回転駆動されている状態で、研磨砥液が供給された研磨パッド１０に押圧される。

第１の電動モータ１４は、少なくともＵ相とＶ相とＷ相の３相の巻線を備えた同期式又は誘導式のＡＣサーボモータであることが好ましい。第１の電動モータ１４は、本実施形態においては、３相の巻線を備えたＡＣサーボモータを含む。３相の巻線は、１２０度位相のずれた電流を第１の電動モータ１４内のロータ周辺に設けられた界磁巻線に流し、これにより、ロータが回転駆動されるようになっている。第１の電動モータ１４のロータは、モータシャフト１５に接続されており、モータシャフト１５により研磨テーブル１２が回転駆動される。なお、本発明は、３相モータ以外の２相モータ、５相モータ等に適用できる。また、ＡＣサーボモータ以外の、例えば、ＤＣブラシレス形モータにも適用することができる。

第２の電動モータ２２は、少なくともＵ相とＶ相とＷ相の３相の巻線を備えた同期式又は誘導式のＡＣサーボモータであることが好ましい。第２の電動モータ２２は、本実施形態においては、３相の巻線を備えたＡＣサーボモータを含む。３相の巻線は、１２０度位相のずれた電流を第２の電動モータ２２内のロータ周辺に設けられた界磁巻線に流し、これにより、ロータが回転駆動されるようになっている。第２の電動モータ２２のロータは、モータシャフト２３に接続されており、モータシャフト２３によりトップリング２０が回転駆動される。

また、研磨装置１００は、第１の電動モータ１４を回転駆動するモータドライバ１６を備える。なお、図１は、第１の電動モータ１４を回転駆動するモータドライバ１６のみを図示するが、第２の電動モータ２２にも同様のモータドライバが接続される。モータドライバ１６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれについて交流電流を出力し、この３相交流電流によって第１の電動モータ１４を回転駆動する。

研磨装置１００は、モータドライバ１６が出力する３相交流電流を検出する電流検出部２４と、電流検出部２４によって検出された３相の電流検出値を整流し、整流された３相の信号を加算して出力する整流演算部２８と、整流演算部２８の出力の変化に基づいて、半導体ウエハ１８の表面の研磨終了を示す研磨終点を検出する終点検出部２９とを有する。本実施例の整流演算部２８は、３相の信号を加算する処理のみを行うが、加算したのちに乗算を行ってもよい。また、乗算のみを行ってもよい。

電流検出部２４は、モータドライバ１６が出力する３相交流電流を検出するために、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に、電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを備える。電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃはそれぞれ、モータドライバ１６と第１の電動モータ１４との間のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流路に設けられる。電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃはそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を検出し、整流演算部２８へ出力する。なお、電流センサ３１ａ
、３１ｂ、３１ｃは、図示しないモータドライバと第２の電動モータ２２との間のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流路に設けてもよい。

電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、本実施例では、ホール素子センサである。各ホール素子センサは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流路にそれぞれ設けられ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流に比例した磁束を、ホール効果によりホール電圧３２ａ、３２ｂ、３２ｃに変換して出力する。

電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、電流を計測できる他の方式のものでもよい。たとえば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流路にそれぞれ設けられたリング状のコア（一次巻線）に巻かれた二次巻線により電流を検出する、電流トランス方式でもよい。この場合、出力電流を負荷抵抗に流すことで電圧信号として検出することができる。

整流演算部２８は、複数個の電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの出力を整流し、整流された信号を加算する。終点検出部３０は、整流演算部２８の出力を処理する処理部３０と、処理部３０の出力の実効値変換を行う実効値変換器４８と、研磨終点の判断等を行う制御部５０とを有する。整流演算部２８と終点検出部２６の詳細を図２〜４により説明する。図２は、整流演算部２８と終点検出部２６の詳細を示すブロック図である。図３、４は、整流演算部２８と終点検出部２６による信号処理の内容を示すグラフである。

整流演算部２８は、複数個の電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの出力電圧３２ａ、３２ｂ、３２ｃを入力されて整流する整流部３４ａ、３４ｂ、３４ｃと、整流された信号３６ａ、３６ｂ、３６ｃを加算する演算部３８とを有する。加算により電流値が大きくなるため、検出精度が向上する。なお、実施例の説明では、信号線と当該信号線を流れる信号に対して、同じ参照符号を付す。

加算する出力電圧３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、本実施例では、３相分であるが、本発明はこれに限られない。例えば、２相分を加算してもよい。また、第１の電動モータ２２の３相分、又は２相分を加算して、これを用いて、終点検出を行ってもよい。さらに、第１の電動モータ１４の１個以上の相と、第２の電動モータ２２の１個以上の相とを加算してもよい。

図３（ａ）は、電流センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの出力電圧３２ａ、３２ｂ、３２ｃを示す。図３（ｂ）は、整流部３４ａ、３４ｂ、３４ｃがそれぞれ整流して出力した電圧信号３６ａ、３６ｂ、３６ｃを示す。図３（ｃ）は、演算部３８が、加算して出力した信号３８ａを示す。これらのグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。

処理部３０は、整流演算部２８の出力３８ａを増幅する増幅部４０と、整流演算部２８の出力から所定量を減算するオフセット部（減算部）４２と、整流演算部２８の出力３８ａに含まれるノイズを除去するフィルタ（ノイズ除去部）４４と、ノイズ除去部でノイズを除去された信号をさらに増幅する第２の増幅部４６を有する。処理部３０では、増幅部４０で増幅された信号４０ａを、オフセット部４４で減算し、減算された信号４２ａからフィルタ４４でノイズを除去する。

図３（ｄ）は、増幅部４０が、増幅して出力した信号４０ａを示す。図４（ａ）は、オフセット部４２が、信号４０ａから減算して出力した信号４２ａを示す。図４（ｂ）は、フィルタ４４が、信号４２ａに含まれるノイズを除去して出力した信号４４ａを示す。図４（ｃ）は、第２の増幅部４６が、ノイズが除去された信号４４ａをさらに増幅して出力した信号４６ａを示す。これらのグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。

増幅部４０は、整流演算部２８の出力３８ａの振幅を制御するものであり、所定量の増幅率で増幅して、振幅を大きくする。オフセット部４２は、摩擦力が変化しても変化しない一定量の電流部分（バイアス）を除去することにより、摩擦力の変化に依存する電流部分を取り出して処理する。これにより、摩擦力の変化から終点を検出する終点検出法の精度が向上する。

オフセット部４２は、増幅部４０が出力した信号４０ａのうち削除すべき量だけ減算を行う。検出される電流は通常、摩擦力の変化にともなって変化する電流部分と、摩擦力が変化しても変化しない一定量の電流部分（バイアス）を含む。このバイアスが削除すべき量である。バイアスを除去することにより、摩擦力の変化に依存する電流部分のみを取り出して、後段にある実効値変換器４８の入力範囲に合わせて、最大の振幅まで増幅することが可能になり、終点検出の精度が向上する。

フィルタ４４は、入力された信号４２ａに含まれる不要なノイズを低減するものであり、通常、ローパスフィルタである。フィルタ４４は、例えば、モータの回転数より低い周波数成分のみを通すフィルタである。終点検出では、直流成分のみがあれば終点検出ができるからである。モータの回転数より低い周波数成分を通すバンドパスフィルタでもよい。 この場合も終点検出ができるからである。

第２の増幅部４６は、後段にある実効値変換器４８の入力範囲に合わせて、振幅の調整を行うためのものである。実効値変換器４８の入力範囲に合わせる理由は、実効値変換器４８の入力レンジは無限ではなく、かつ、できるだけ振幅は大きいことが望ましいからである。なお、実効値変換器４８の入力レンジを大きくすると、変換後の信号をA/Dコンバータにより、アナログ／デジタル変換する際の分解能が悪化する。これらの理由から第２の増幅部４６により、実効値変換器４８への入力範囲を最適に保つ。

第２の増幅部４６の出力４６ａは、実効値変換器４８へ入力される。実効値変換器４８は、交流電圧の１周期における平均、すなわち、交流電圧に等しい直流電圧を求めるものである。実効値変換器４８の出力４８ａを図４（ｄ）に示す。このグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。

実効値変換器４８の出力４８ａは、制御部５０に入力される。制御部５０は、出力４８ａに基づいて、終点検出を行う。制御部５０は、以下の条件のいずれかが満たされた場合等の、あらかじめ設定された条件を満たした場合に、半導体ウエハ１８の研磨が終点に達したと判定する。すなわち、出力４８ａがあらかじめ設定されたしきい値より大きくなった場合、もしくは、あらかじめ設定されたしきい値より小さくなった場合、もしくは、出力４８ａの時間微分値が所定の条件を満たした場合に、半導体ウエハ１８の研磨が終点に達したと判定する。

本実施例の効果を、１相の電流のみを用いている比較例と対比して説明する。図５は、比較例の終点検出法を示すブロック図及びグラフである。図５に示すグラフは、検出法の原理を示すことを目的とするため、図示する信号は、ノイズがない場合の信号を示す。これらのグラフの横軸は時間であり、縦軸は電圧である。比較例では、１相の電流のみを用いているため、加算という処理はない。また、減算という処理も行っていない。図２と図５において、ホール素子センサ３１ａとホール素子センサ５２、整流部３４ａと整流部５４、実効値変換器４８と実効値変換器５６は、それぞれ同等の性能を有するものとする。

比較例では、ホール素子センサ５２は、１個であり、例えばＵ相の電流路に設けられ、Ｕ相の電流に比例した磁束を、ホール電圧５２ａに変換して信号線５２ａに出力する。図５（ａ）にホール電圧５２ａを示す。ホール素子センサ５２の出力電圧５２ａを入力され
て整流部５４は整流して、信号５４ａとして出力する。整流は、半波整流又は全波整流である。半波整流した場合の信号５４ａを図５（ｃ）に、全波整流した場合の信号５４ａを図５（ｄ）に示す。

出力５４ａは、実効値変換器５６へ入力される。実効値変換器５６は、交流電圧の１周期における平均を求める。実効値変換器５６の出力５６ａを図５（ｅ）に示す。実効値変換器５６の出力５６ａは、終点検出部５８に入力される。終点検出部５８は、出力５６ａに基づいて、終点検出を行う。

比較例の処理結果と本実施例の処理結果を、比較して図６に示す。図６（ａ）は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａを示すグラフであり、図６（ｂ）は、本実施例の実効値変換器４８の出力４８ａを示すグラフである。グラフの横軸は時間、縦軸は、実効値変換器の出力電圧を、対応する駆動電流に換算して示したものである。図６より、本実施例により、電流の変化が大きくなっていることがわかる。図６におけるレンジＨＴは、実効値変換器４８、５６の入力可能レンジを示す。比較例のレベル６０ａが、本実施例のレベル６２ａに対応し、比較例のレベル６０ｂが、本実施例のレベル６２ｂに対応する。

比較例では、駆動電流５６ａの変化レンジＷＤ（＝レベル６０ａ−レベル６０ｂ）が、入力可能レンジＨＴより、かなり小さい。本実施例では、駆動電流４８ａの変化レンジＷＤ１（＝レベル６０ａ−レベル６０ｂ）が、入力可能レンジＨＴとほぼ等しくなるように、駆動電流４８ａが処理部３０により処理されている。この結果、駆動電流４８ａの変化レンジＷＤ１が、比較例の変化レンジＷＤよりもかなり大きくなっている。本実施例では、トルク電流の変化が小さい場合でもトルク電流の変化を良好に検出し、研磨終点検出の精度が向上している。

比較例と本実施例との処理の結果を、比較した別のグラフを図７に示す。図７は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａと、本実施例の実効値変換器４８の出力４８ａを示すグラフである。グラフの横軸は時間、縦軸は、実効値変換器の出力電圧を、対応する駆動電流に換算して示したものである。本図は、図６とは、研磨対象物が異なる。図７は、研磨の開始時点ｔ１から研磨終了時点ｔ３までに、実効値変換器の出力電圧がどのように変化するかを示す。

本図から明らかなように、本実施例の実効値変換器４８の出力４８ａの変化量は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａの変化量より大きい。出力４８ａと出力５６ａは、時刻ｔ１で、ともに最低値６４ａ，６６ａを取り、時刻ｔ２で、ともに最高値６４ｂ，６６ｂを取る。実効値変換器４８の出力４８ａの変化量６８（＝６４ｂ−６４ａ）は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａの変化量７０（＝６６ｂ−６６ａ）より、かなり大きい。なお、ピーク値７２ａ，７２ｂは、最高値６４ｂ，６６ｂより大きい電流値を示すが、ピーク値７２ａ，７２ｂは、研磨が安定するまでの初期段階で発生するノイズのようなものである。

図７に示す変化量６８、７０は、半導体ウエハ１８が、トップリング２０が第２の電動モータ２２によって回転駆動されている状態で研磨パッド１０に押圧されるときの圧力に依存する。変化量６８、７０は、この圧力が大きいほど大きくなる。これを図８に示す。図８は、比較例の出力５６ａの変化量７０と、本実施例の出力４８ａの変化量６８の、半導体ウエハ１８に加わる圧力に対する変化を示すグラフである。グラフの横軸は、半導体ウエハ１８に加わる圧力、縦軸は、実効値変換器の出力電圧を、対応する駆動電流に換算して示したものである。曲線７４は、本実施例の出力４８ａの変化量６８を、圧力に対してプロットしたものである。曲線７６は、比較例の出力５６ａの変化量７０を、圧力に対してプロットしたものである。圧力０のとき、すなわち、研磨を行っていないときは、電
流は０である。本図から明らかなように、本実施例の実効値変換器４８の出力４８ａの変化量６８は、比較例の実効値変換器５６の出力５６ａの変化量７０より大きく、曲線７４と曲線７６の差は、圧力が大きくなるほど顕著である。

次に、制御部５０による増幅部４０と、オフセット部４２と、フィルタ４４と、第２の増幅部４６の制御について説明する。制御部５０は、増幅部４０の増幅特性（増幅率や周波数特性等）、フィルタ４４のノイズ除去特性（信号の通過帯域や減衰量等）、オフセット部４２の減算特性（減算量や周波数特性等）、及び第２の増幅部４６の増幅特性（増幅率や周波数特性等）を制御する。

具体的な制御方法は、以下のとおりである。上記各部を制御するために各部の特性を変更する場合、制御部５０は、回路特性の変更指示を示すデータをデジタル通信（ＵＳＢ（Universal Serial Bus（ユニバーサル・シリアル・バス））、ＬＡＮ（Local Area Network（ローカル・エリア・ネットワーク））、ＲＳ−２３２等）により、上記の各部に送信する。

データを受信した各部は、データに従って、特性に関する設定を変更する。変更方法は、各部のアナログ回路を構成する抵抗の抵抗値、コンデンサの容量値、インダクタのインダクタンス等の設定を変更する。具体的な変更方法としては、アナログＳＷにて抵抗等を切替える。又は、ＤＡコンバータによって、デジタル信号をアナログ信号に変換した後、アナログ信号によって複数の抵抗等の切替や、小型モータによる可変抵抗等を回転させて、設定を変更する。複数の回路をあらかじめ設けておき、複数の回路を切り替える方式も可能である。

送信するデータの内容は、種々可能である。例えば、番号を送信し、受信した各部が、受信した番号に従って、当該番号に対応する抵抗等を選択する、又は、抵抗値やインダクタンスの大きさに対応した値を送信して、その値に合わせて抵抗値やインダクタンスの大きさを詳細に設定する方式がある。

デジタル通信以外の方法も可能である。例えば、制御部５０と、増幅部４０、オフセット部４２、フィルタ４４、第２の増幅部４６とを直結する信号線を設け、当該信号線により、各部内の抵抗等を切り替える方式も可能である。

制御部５０によって、各部が設定される一例を図９により説明する。図９は、増幅部４０、オフセット部４２、フィルタ４４、第２の増幅部４６の設定の一例を示す。この例においては、実効値変換部４８の入力レンジが、0A（アンペア）から100A、すなわち100Aである。整流演算部２８の出力信号３８ａの波形の最大値が20A、最小値が10Aである。すなわち整流演算部２８の出力信号３８ａの変化幅(振幅)が10A(＝20A-10A)以内、信号３８ａの下限値が10Aである。

このような場合、出力信号３８ａの変化分の振幅が10Aであり、実効値変換部４８の入力レンジが100Aであるため、増幅部４０の増幅率の設定値７８ａは、10倍(＝100A/10A)と設定される。増幅の結果、出力信号３８ａの波形の最大値７８ｂは200A、最小値７８ｃは100Aとなる。

オフセット部４２での減算量は、信号３８ａの下限値である10Aが、増幅部４０により増幅されて、100Aになるため、100Aを減算することになる。従って、オフセット部４２での減算量の設定値７８ｄは、-100Aとなる。減算の結果、出力信号３８ａの波形の最大値７８ｅは100A、最小値７８ｆは0Aとなる。

図９の例では、フィルタ４４に関しては、初期設定の状態から変更しないため、設定値78gは空白としている。フィルタ処理の結果、出力信号３８ａの波形の最大値７８ｈは、フィルタ特性に従った100Aより低い値に減衰され、出力信号３８ａの波形の最小値７８ｉは0Aである。図９の場合、フィルタ４４は、入力が0Aのときは、出力を0Aに保持する特性を有するからである。第２の増幅部４６は、フィルタ４４により減衰した分を補正することを目的としている。第２の増幅部４６の増幅率の設定値７８ｊは、フィルタ４４により減衰した分を補正できる値に設定される。第２の増幅の結果、出力信号３８ａの波形の最大値７８ｂは100A、最小値７８ｃは0Aとなる。

次に、制御部５０による各部の制御の一例を図１０により、さらに説明する。図１０は、制御部５０による各部の制御の一例を示すフローチャートである。制御部５０は、研磨開始時に、研磨レシピ(押圧力分布や研磨時間などの基板表面に対する研磨条件を定めたもの)に関する情報を、研磨装置１００の操作者、又は、図示しない研磨装置１００の管理装置から入力される(ステップ１０)。

研磨レシピを使用する理由は以下のとおりである。複数の半導体ウエハ等の基板に対する多段研磨プロセスを連続して行うとき、研磨前、又は各段の研磨プロセス間、又は研磨後に各基板表面の膜厚等の表面状態を計測する。計測によって得られた値をフィードバックして、次の基板や任意の枚数目後の研磨レシピを最適に修正（更新）するためである。

研磨レシピの内容は、以下のとおりである。
（１）制御部５０が増幅部４０と、オフセット部４２と、フィルタ４４と、第２の増幅部４６の設定を変更するかどうかに関する情報。変更する場合は、各部との通信設定を有効にする。一方、変更しない場合は、各部との通信設定を無効にする。通信設定が無効の場合には、各部は、デフォルトで設定されている値を有効にする。
（２）実効値変換部４８の入力レンジに関する情報。
（３）整流演算部２８の出力信号３８ａの変化幅(振幅)を最大値と最小値で示す情報、又は変化幅で示す情報。この情報は、トルクレンジともよばれる。
（４）フィルタ４４の設定に関する情報。例えば、図９の場合は、デフォルトに設定される。
（５）研磨情報、例えば、テーブルの回転数に関する情報を制御に反映するかどうかに関する情報。

次に、制御部５０は、研磨情報を制御に反映するかどうかに関する研磨レシピの情報に従って、反映する設定になっている場合は、図示しない研磨装置１００の管理装置から研磨テーブル１２及びトップリング２０の回転数、トップリング２０による圧力を受信する(ステップ１２)。これらの情報を受信する理由は、圧力、テーブル回転数、テーブル回転数とトップリング回転数の回転数比の影響によるリップルが生じることがあり、リップル周波数に合わせたフィルタ設定を行う必要があるからである。

次に、制御部５０は、通信設定が有効になっている場合、研磨レシピ及び、ステップ１２で受信した情報に従って、増幅部４０と、オフセット部４２と、フィルタ４４と、第２の増幅部４６の設定値を決定する。決定した設定値をデジタル通信により、各部に送信する(ステップ１４)。通信設定が無効になっている場合、増幅部４０と、オフセット部４２と、フィルタ４４と、第２の増幅部４６では、デフォルトの設定値が設定される。

各部での設定が終了した後、研磨が開始され、研磨中は、制御部５０は、実効値変換器４８からの信号を受信して、研磨終点の判断を継続して行う(ステップ１６)。
制御部５０は、実効値変換器４８からの信号に基づいて、研磨終点の判断を行った場合、図示しない研磨装置１００の管理装置に研磨終点を検出したことを送信する。管理装置
は、研磨を終了させる(ステップ１８)。研磨終了後、増幅部４０と、オフセット部４２と、フィルタ４４と、第２の増幅部４６では、デフォルトの設定値が設定される。

本実施例によれば、３相のデータを整流して加算し、さらに、波形増幅を行っているため、トルク変化に伴う電流の出力差が大きくなるという効果がある。また、増幅部等の特性を変更できるため、更に出力差を大きくすることができる。フィルタを使用しているため、ノイズが小さくなる。

Claims (12)

1. 研磨対象物の表面を研磨するための研磨装置であって、
   研磨パッドを保持するための研磨テーブルを回転駆動する第１の電動モータと、
   前記研磨対象物を保持して前記研磨パッドへ押圧するための保持部を回転駆動する第２の電動モータとを有し、
   前記第１及び第２の電動モータのうち少なくとも一方の電動モータは、複数相の巻線を備え、
   前記研磨装置は、前記第１及び／又は第２の電動モータのうちの少なくとも２相の電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部によって検出された少なくとも２相の電流検出値を整流し、整流された信号に対して加算及び／又は乗算を行って出力する整流演算部と、
   前記整流演算部の出力の変化に基づいて、前記研磨対象物の表面の研磨終了を示す研磨終点を検出する終点検出部と、
   を有することを特徴とする研磨装置。
2. 請求項１において、前記終点検出部は、前記整流演算部の出力を増幅する増幅部と、前記整流演算部の出力に含まれるノイズを除去するノイズ除去部と、前記整流演算部の出力から所定量を減算する減算部のうち、少なくとも１つを有する、ことを特徴とする研磨装置。
3. 請求項２に記載の研磨装置において、前記終点検出部は、前記増幅部と前記減算部と前記ノイズ除去部とを有し、前記増幅部で増幅された信号を前記減算部で減算し、該減算された信号から前記ノイズ除去部でノイズを除去する、ことを特徴とする研磨装置。
4. 請求項３の研磨装置において、前記終点検出部では、前記ノイズ除去部でノイズを除去された信号をさらに増幅する第２の増幅部を有する、ことを特徴とする研磨装置。
5. 請求項２に記載の研磨装置において、前記終点検出部は、前記増幅部と、前記増幅部の増幅特性を制御する制御部とを有する、ことを特徴とする研磨装置。
6. 請求項２に記載の研磨装置において、前記終点検出部は、前記ノイズ除去部と、前記ノイズ除去部のノイズ除去特性を制御する制御部とを有する、ことを特徴とする研磨装置。
7. 請求項２に記載の研磨装置において、前記終点検出部は、前記減算部と、前記減算部の減算特性を制御する制御部とを有する、ことを特徴とする研磨装置。
8. 請求項４に記載の研磨装置において、前記終点検出部は、前記第２の増幅部の増幅特性を制御する制御部を有する、ことを特徴とする研磨装置。
9. 研磨パッドを保持するための研磨テーブルを回転駆動する第１の電動モータと、研磨対象物を保持して前記研磨パッドへ押圧するための保持部を回転駆動する第２の電動モータとを有し、前記第１及び第２の電動モータのうち少なくとも一方の電動モータは、複数相の巻線を有する研磨装置を用いた、前記研磨対象物の表面を研磨する研磨方法において、該方法は、
   前記第１及び／又は第２の電動モータのうちの少なくとも２相の電流を検出する電流検出ステップと、
   前記検出された少なくとも２相の電流検出値を整流し、整流された信号に対して加算及び／又は乗算を行って出力する整流演算ステップと、
   前記整流演算ステップの出力の変化に基づいて、前記研磨対象物の表面の研磨終了を示
   す研磨終点を検出する終点検出ステップとを有する、ことを特徴とする研磨方法
10. 請求項９の研磨方法において、前記終点検出ステップは、前記整流演算ステップの出力を増幅する増幅ステップと、前記整流演算ステップの出力に含まれるノイズを除去するノイズ除去ステップと、前記整流演算ステップの出力から所定量を減算する減算ステップのうち、少なくとも１つを有する、ことを特徴とする研磨方法
11. 請求項１０に記載の研磨方法において、前記終点検出ステップでは、前記増幅ステップにおいて増幅された信号に対して、前記減算ステップにおいて所定量の減算を行い、該減算された信号から前記ノイズ除去ステップにおいてノイズを除去する、ことを特徴とする研磨方法。
12. 請求項１１の研磨方法において、前記終点検出ステップは、前記ノイズ除去ステップでノイズを除去された信号をさらに増幅する第２の増幅ステップをさらに有する、ことを特徴とする研磨方法。

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